Dans les systèmes de distribution d’énergie, les charges non linéaires ont tendance à générer des harmoniques déformées. Ces harmoniques peuvent provoquer de nombreux problèmes, notamment une surchauffe des équipements, une perte d'énergie accrue, une durée de vie réduite des équipements et même une augmentation des temps d'arrêt.
Les transformateurs atténuant les harmoniques constituent la meilleure solution à ce problème. Quelle que soit la taille de la charge, ils suppriment les harmoniques nocives de vos composants passifs, améliorant ainsi l'efficacité, les économies d'énergie et la fiabilité.
Table des matières:
1. Que sont les harmoniques ?
2. Quelles sont les causes des harmoniques ?
3. Comment les harmoniques affectent-elles les transformateurs ?
4. Quelles distorsions harmoniques sont générées par les systèmes électriques modernes ?
5. Qu'est-ce qu'un transformateur d'atténuation des harmoniques ?
6. Quel est l'effet du transformateur d'atténuation des harmoniques sur les harmoniques ?
7. Quels appareils nécessitent un transformateur d'atténuation des harmoniques ?
8. Quels problèmes électriques le transformateur d’atténuation des harmoniques peut-il résoudre ?
9. Dans quelle mesure les transformateurs d'atténuation des harmoniques surpassent-ils les transformateurs classés K- ?
9. Dans quelle mesure les transformateurs d'atténuation des harmoniques surpassent-ils les transformateurs classés K- ?
10. Comment fonctionnent les transformateurs d’atténuation des harmoniques ?
11. Quels sont les types de transformateurs atténuant les harmoniques ?
12. Comment les transformateurs d’atténuation des harmoniques vous aident-ils à améliorer la qualité de l’énergie ?
13. Tendances futures en matière de gestion de la qualité de l'énergie
1. Que sont les harmoniques ?
D'où proviennent les harmoniques ? - : pqcomponents
Dans les systèmes électriques, les signaux électriques sont généralement sinusoïdaux pour aider divers appareils électriques à remplir leurs fonctions, telles que l'éclairage, l'entraînement des moteurs, l'impression et l'exécution de programmes informatiques.
Généralement, dans un système à 60 Hz, la forme d'onde normale du courant fluctue de haut en bas 60 fois par seconde. Cependant, les fréquences harmoniques générées par la charge sont encore plus élevées. La troisième harmonique a une fréquence de 180 Hz et la cinquième harmonique a une fréquence de 300 Hz, représentant des formes d'ondes harmoniques-circulant à des fréquences de 180 et 300 fois par seconde, respectivement.
2. Quelles sont les causes des harmoniques ?
Pour comprendre les causes des harmoniques, nous devons comprendre les charges linéaires et non linéaires dans un système. Il s’agit dans les deux cas de façons dont les équipements d’un système électrique consomment de l’énergie. Spécifiquement:
Charges linéaires
Charges linéaires-source : qualité de l'énergie
La consommation électrique des charges linéaires ressemble généralement à une forme d'onde sinusoïdale. Les charges linéaires comprennent généralement des moteurs ou des ampoules à incandescence.
Charges non linéaires
Charges non linéaires-source : actionpowertest
Les ondes de courant alternatif générées par des charges non linéaires ne se conforment pas à une forme d'onde sinusoïdale. Ils génèrent des harmoniques lors de la consommation électrique. Ces harmoniques sont généralement générées par des appareils tels que des convertisseurs de fréquence, des redresseurs et d'autres équipements électroniques modernes, et provoquent facilement des distorsions de tension et de courant.
Les sources typiques d'harmoniques comprennent :
Sources typiques d'harmoniques- : mégawatts
Entraînements à fréquence variable (VFD), alimentations sans interruption (UPS), racks de serveurs, éclairage LED, chargeurs de véhicules électriques et alimentations à découpage.
3. Comment les harmoniques affectent-elles les transformateurs ?
Comment les harmoniques affectent-elles les transformateurs ?-source : grwinding
Pendant le fonctionnement du transformateur, les harmoniques provenant de charges non linéaires peuvent facilement augmenter les pertes dans les enroulements et dans le noyau, entraînant une surchauffe ou une perte de puissance. Spécifiquement:
Résistance et chaleur accrues
Le transformateur est constitué d'enroulements et d'un noyau. Pendant le fonctionnement, les harmoniques se déplacent et s'accumulent vers les bords extérieurs des conducteurs, exacerbant l'accumulation de chaleur dans les bobines serrées, ce qui entraîne une augmentation de la résistance et de la chaleur du transformateur.
Augmentation de la perte de base
Avec les directions de courant alternatif, la polarité du courant d'excitation dans le noyau change sous l'influence d'harmoniques à haute -fréquence. Plus la fréquence de variation du courant d'excitation est élevée, plus la perte de chaleur du noyau est importante, d'où le terme perte par hystérésis.
Augmentation de la température
Les harmoniques induisent des courants de Foucault (minuscules courants rotatifs) dans l’équipement, aggravant encore les pertes de chaleur du transformateur et augmentant la température de l’équipement.
Capacité de transport de courant réduite
Les 3ème, 9ème et 15ème harmoniques peuvent provoquer une surchauffe du conducteur neutre, entraînant une défaillance de l'isolation et finalement réduisant la capacité de transport de courant.
4. Quelles distorsions harmoniques sont générées par les systèmes électriques modernes ?
Généralement, les charges non linéaires génèrent des harmoniques qui sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale (60 Hz), affectant ainsi le fonctionnement du transformateur. Ceux-ci incluent :
Triples harmoniques
Source d'harmoniques triples- : génie électrique-
Les troisièmes harmoniques comprennent les 3e, 9e et 15e harmoniques, avec des fréquences de 180 Hz, 540 Hz et 900 Hz, respectivement. Ces harmoniques nocives se superposent à la ligne neutre, provoquant une augmentation du courant de ligne neutre.
Cinquième et septième harmoniques
Cinquième et septième harmoniques-source : norwall
Les cinquième et septième harmoniques ont respectivement des fréquences de 300 Hz et 420 Hz. Ces harmoniques nocives augmentent le flux magnétique parasite, entraînant un échauffement supplémentaire par courants de Foucault.
5. Qu'est-ce qu'un transformateur d'atténuation des harmoniques ?
Qu'est-ce qu'un transformateur d'atténuation des harmoniques ?-source : LTEC
Un transformateur d'atténuation des harmoniques est un type de transformateur de type sec-. Il élimine les courants harmoniques grâce à une structure d'enroulement spéciale, un déphasage et un contrôle d'impédance homopolaire-.
Contrairement aux filtres passifs qui absorbent les harmoniques ou aux transformateurs classés K-qui ne peuvent résister qu'aux harmoniques, il utilise les relations vectorielles et de phase au sein des enroulements du transformateur pour empêcher les courants harmoniques superposés de circuler dans le système en amont, réduisant ainsi la distorsion harmonique.
6. Quel est l'effet du transformateur d'atténuation des harmoniques sur les harmoniques ?
Comment l'effet du transformateur d'atténuation des harmoniques sur les harmoniques-source : maddox
En utilisant un transformateur atténuant les harmoniques, les harmoniques générées par les charges non linéaires au sein du système sont réduites et éliminées. Ses avantages incluent :
- Génération de chaleur réduite, garantissant la pleine utilisation de la capacité nominale du transformateur ;
- Prévenir la surchauffe du système et les températures excessivement élevées ;
Ses avantages incluent :
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Transformateurs d'atténuation des harmoniques |
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Fonctions |
Déphasage de 0 ou 30 degrés, éliminant les troisièmes harmoniques (3e, 9e, 15e, etc.) ; Gestion des harmoniques spécifiques dans le système ; |
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Caractéristiques |
Enroulements et bornes standard en aluminium et en cuivre ; Élévation de température sélectionnable de 150 degrés, 115 degrés ou 80 degrés ; Tension de ligne neutre nominale de 200 % ; |
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Champ d'application |
Disponible dans n’importe quelle combinaison de tension ; |
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Cote d'efficacité énergétique |
Satisfait ou dépasse les normes d'efficacité énergétique NEMA TP-1 ; |
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Résistance à la température |
Résistance à la température du système d'isolation jusqu'à 220 degrés ; |
7. Quels appareils nécessitent un transformateur d'atténuation des harmoniques ?
Quels appareils nécessitent le transformateur d'atténuation des harmoniques ?-source : hammondpowersolutions
Généralement, l'augmentation des charges non linéaires dans les systèmes électriques, tels que les serveurs, les systèmes UPS, l'éclairage LED, les ordinateurs et les convertisseurs de fréquence, génère facilement une distorsion harmonique, entraînant une augmentation de l'échauffement du transformateur, une réduction de l'efficacité et une augmentation de la consommation d'énergie.
Par conséquent, dans les systèmes électriques dotés de ces charges linéaires, la configuration de transformateurs d’atténuation des harmoniques est nécessaire pour aider à réduire et à éliminer les harmoniques dans le système.
8. Quels problèmes électriques le transformateur d’atténuation des harmoniques peut-il résoudre ?
En plus de réduire ou d’éliminer les harmoniques dans le système, il peut également résoudre :
- Surchauffe de la ligne neutre ou du départ ;
- Distorsion de tension en amont approchant des limites.
- Dominance de charge électronique monophasée- ;
Lorsque vous rencontrez les problèmes ci-dessus, avant de proposer des solutions de transformateur d'atténuation des harmoniques, vous devez pleinement prendre en compte divers facteurs tels que la répartition de la charge, l'équilibre des phases, la méthode de mise à la terre, les connexions du transformateur et autres équipements de suppression des harmoniques dans le système pour garantir la bonne solution.
9. Dans quelle mesure les transformateurs d'atténuation des harmoniques surpassent-ils les transformateurs classés K- ?
Transformateur d'atténuation des harmoniques VS Transformateur classé K - :
Transformateur d'atténuation des harmoniques
Qu'est-ce qu'un transformateur d'atténuation des harmoniques ?-source : LTEC |
Transformateur classé K-
Transformateur classé K--source : tmrtransformers |
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Fonctions |
Minimise la distorsion de tension et la perte de puissance causées par les harmoniques des charges non linéaires. |
Résout les problèmes de surchauffe avec les charges non linéaires, mais ne réduit pas les harmoniques. |
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Caractéristiques |
Réduit activement la distorsion harmonique. |
Ne modifie pas la distorsion harmonique totale (THDi) ou la charge du point neutre. |
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Avantages |
Améliore la fiabilité sous des charges déformées. |
Améliore la qualité de l’énergie en amont. |
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Comment choisir |
Lorsque la réduction du courant du point neutre, de la distorsion de tension ou des pertes du système est requise. |
Lorsque la suppression ou la réduction des harmoniques n’est pas nécessaire. |
10. Comment fonctionnent les transformateurs d’atténuation des harmoniques ?
Les caractéristiques de fonctionnement des transformateurs à atténuation d'harmoniques dépendent principalement de la géométrie de leurs enroulements, de la conception de leur noyau et de leur déphasage. Ceux-ci incluent :
Suppression harmonique triple
Suppression des harmoniques triples-source : condensateurconnect
Dans la conception des schémas de suppression des troisièmes harmoniques, les transformateurs d'atténuation des harmoniques utilisent principalement des configurations en zigzag, en delta-zigzag ou à double-enroulement secondaire spécial. Ceci est réalisé en redirigeant le courant pour annuler la troisième harmonique.
Annulation des 5e et 7e harmoniques
Annulation des 5e et 7e harmoniques-source : forums de physique
En raison de la différence de phase de 180 degrés entre les courants harmoniques 5ème et 7ème et les différentes phases de sortie secondaire du transformateur d'atténuation des harmoniques, l'annulation des harmoniques 5ème et 7ème est possible.
Les principaux principes de conception des transformateurs à atténuation des harmoniques comprennent :
- Géométrie de noyau optimisée
- Impédance homopolaire réduite-
- Dispositions de bobinage spéciales
- Chemins de flux magnétiques contrôlables
11. Quels sont les types de transformateurs atténuant les harmoniques ?
Le type de transformateur d'atténuation des harmoniques est principalement déterminé par l'environnement d'installation et comprend :
Type d'annulation d'harmoniques triples - HMT
Ce type de transformateur résout principalement les problèmes de distorsion de tension causés par les harmoniques triples (harmoniques 3e, 9e et 15e) et convient aux environnements utilisant principalement des charges électroniques monophasées -, telles que les bureaux et les centres de données informatiques.
Phase-Décalage/Multi-HMT à impulsions
Phase-Décalage/Multi-Impulsion HMT-source : ytelect
Ce type de transformateur résout principalement les problèmes causés par les 5ème et 7ème harmoniques. En réglant une certaine différence de phase entre les sorties secondaires, les 5ème et 7ème harmoniques sont naturellement annulées.
12. Comment les transformateurs d’atténuation des harmoniques vous aident-ils à améliorer la qualité de l’énergie ?
Les transformateurs d'atténuation des harmoniques améliorent la qualité de votre énergie des manières suivantes :
Réduire le courant neutre
Courant neutre-source : zddqelectric
Pendant le fonctionnement, les transformateurs atténuateurs d'harmoniques réduisent considérablement l'échauffement du conducteur neutre, réduisant ainsi le courant neutre.
Réduire le chauffage du transformateur
Chauffage par transformateur-source : maddox
Les transformateurs atténuant les harmoniques réduisent les pertes parasites et les pertes par courants de Foucault causées par les harmoniques, abaissant ainsi la température de fonctionnement de l'équipement et réduisant l'échauffement du transformateur.
Améliorer la qualité de l'énergie en amont
Source de qualité d'énergie en amont- : circutor
Pour les équipements sensibles du système, les transformateurs d'atténuation des harmoniques réduisent et éliminent la distorsion de tension causée par les courants harmoniques, permettant au système de mieux se connecter au PCC (Point of Common Coupling).
Augmentation de la capacité disponible du système
En réduisant et en éliminant les harmoniques dans le système, les transformateurs d'atténuation des harmoniques libèrent davantage de capacité, facilitant ainsi la connexion d'autres charges.
Prolonger la durée de vie des équipements
En éliminant les harmoniques dans le système et en réduisant la température de l'équipement, les HMT prolongent la durée de vie de l'équipement.
13. Tendances futures en matière de gestion de la qualité de l'énergie
Dans le cadre de la tendance croissante de la HMT (Harmonic Mitigation Technology), il est prévu que la future gestion de la qualité de l’énergie se développera progressivement dans les aspects suivants :
Systèmes de surveillance intelligents
Systèmes de surveillance intelligents-source : electroind
Les harmoniques du système seront surveillées et synchronisées par des systèmes de surveillance intelligents, facilitant les ajustements et améliorations ultérieurs.
Maintenance prédictive basée sur l'IA-
-maintenance prédictive basée sur l'IA-source : disponibilité infinie-
Grâce aux tests opérationnels, l’intelligence artificielle peut être utilisée pour prédire la qualité de l’alimentation du système et les taux de panne, facilitant ainsi la maintenance future.
Systèmes d'intégration des énergies renouvelables
Systèmes d'intégration d'énergies renouvelables-source : pnnl
La tendance future sera vers des systèmes d’intégration des énergies renouvelables plus efficaces et plus fiables.
Conclusion:
Pour relever les défis croissants des harmoniques dans les systèmes électriques modernes, HMT est une solution passive mais efficace. En réduisant les harmoniques du système et en améliorant la qualité globale de l'énergie, il devient un outil fiable et à long terme pour le système. Pour obtenir les spécifications techniques détaillées ou discuter d’une solution d’ingénierie personnalisée pour votre application spécifique, veuillez contacter notre service d’ingénierie.
